拟穴青蟹“龙舟”型工厂化循环水养殖系统设计及养殖效果分析

刘 铮,黄伟卿,,张 艺,徐 侃,李婷婷,邵逸臻,林培华

(1 宁德师范学院生命科学学院,闽东水产品精深加工福建省高校工程研究中心,福建 宁德 352100;2 宁德市鼎诚水产有限公司,福建 宁德 352100;3 福建省闽东水产研究所,福建 宁德 352100)

拟穴青蟹(Scyllaparamamosain)隶属于节肢动物门(Arthropoda)、软甲纲(Crustacea)、十足目(Decapoda)、梭子蟹科(Portunidae)、青蟹属(Scylla),主要分布于浙江、福建、海南、广东、广西和台湾等地沿岸海域,喜栖息于红树林、潮间带和河流入海口等泥沼沟壑中,是广盐、广温、暖水性的甲壳类动物[1-4]。青蟹生性喜好挖掘洞穴,白天藏于砂石、水草或者洞中,在夜晚变得活跃,外出觅食[5]。青蟹除了具有营养价值高、滋补健体和肉质鲜甜等特点外,本身具有养殖周期短、适应能力强、生长快、离水后仍能保持活力等优点,是开展人工养殖的优良品种[5]。近年来,中国南方沿海地区的青蟹养殖规模稳定增长,是中国重要水产养殖蟹类[6]。2021年全国青蟹产量为15.21万 t,福建省3.9万t,位居全国第二[7]。

工厂化循环水养殖模式能够将水温、溶氧量、氨氮比等养殖指标保持在最适合养殖动物生长的数值,并在不同季节、生长期进行相应调整,实现高效率、高产率、高性价比养殖[8-9]。国外陆基工厂化循环水养殖系统已十分成熟,如西班牙Aquacria Arousa建立的大菱鲆(Turbot)工厂化养殖系统,冰岛和法国建立的鲈鱼(Lateolabraxjaponicus)循环水养殖工厂,芬兰及挪威建立的循环水系统养殖鲑鱼(Oncorhynchus)等[10-11]。中国20世纪90年代初开始进行工厂化水产养殖技术探究,但发展至今,仍存在进行工厂化养殖品种单一,技术良莠不齐,养殖装备落后,设施化水平较低等问题[12]。为解决了传统养殖条件下青蟹互相残杀、抵抗自然灾害能力弱和占地面积大等问题,发展了“一蟹一盒”的陆基工厂化养殖模式[13-15],在养殖存活率[16]、生长速度[16]、成膏周期[17]等均较传统养殖有了提高,但该养殖模式仍然存在排污不畅、操作不便和肌肉品质等问题,制约了青蟹养殖业的进一步发展[16,18]。本研究开发了一套拟穴青蟹工厂化养殖系统,建立拟穴青蟹高效、安全的工厂化循环水养殖新模式。

1 材料与方法

1.1 试验材料

拟穴青蟹购置于宁德市立格水产有限公司,选体形完整无损伤,平均每只规格为(49.43±5.17) g的幼蟹。拟穴青蟹饵料选用市场购买的鲜活缢蛏。

1.2 试验系统设计

1.2.1 “龙舟”型工厂化养殖设施设计

“龙舟”型工厂化养殖设施设计如图1所示。

图1 “龙舟”型工厂化养殖设施设计图Fig.1 Design of “Dragon Boat” type factory farming facilities

根据拟穴青蟹的穴居和避免脱壳互相残杀的生活习性,采用PP塑料材质,将其设计为形如“龙舟”的养殖设施,此设施长2 m,宽35 cm。每个“龙舟”型养殖设施水槽内设分隔槽,分隔槽用于安插分隔网,分隔网与防逃网为一体,分隔网将一个“龙舟”型水槽分隔成5个单独的拟穴青蟹养殖格(规格:36 cm×35 cm×27 cm)(图1A和图1B)。为了方便一次性批量排污,“龙舟”型工厂化养殖设施采用吊挂的方式,即每个养殖设施前方和后方各有一个吊挂点,并设有升降系统(图1C)。升降系统在进行排水时排水端的升降电机下降,后端升降电机上升,“龙舟”型工厂化养殖设施中的养殖污水从“龙舟”前端排出,同时打开冲洗开关,让水流进行冲洗,完成冲洗后两台升降电机恢复到原位,即可同时完成一整个养殖模块的换水、排污、清洗工作(图2)。

图2 “龙舟”型工厂化养殖设施侧视图-排水清洗状态Fig.2 Side view of “Dragon Boat” type factory farming facility-state of drainage cleaning

1.2.2 “龙舟”型工厂化循环水养殖系统设计

图3 拟穴青蟹“龙舟”型工厂化循环水养殖系统流程图Fig.3 Flow chart of “Dragon Boat” type industrial recirculating aquaculture system for green crab

1.3 试验设计及养殖管理

试验在宁德市鼎诚水产有限公司进行,将拟穴青蟹置于“龙舟”型工厂化循环水养殖系统进行养殖为试验组,并以已被证实养殖成效较传统池塘养殖佳的“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统进行养殖为对照组。每组设置3个平行试验,每组50只。

日常管理。每日6:00前进行换水,清理残饵料粪便,为减少青蟹应激反应,6:00至18:00保持静水养殖状态,及时清理死蟹,每日做好养殖记录,共养殖30 d。

投喂。每日18:00饲喂鲜活的缢蛏。每次饲喂饵料为青蟹体质量的8%～10%,并根据拟穴青蟹每日的摄食量调整投喂量,以达到投饲量接近饱食量的效果。

养殖用水水质理化因子。养殖水体溶氧量保持在5 mg/L以上、pH控制在8.0～8.2,水温保持在23. 5 ℃～24.5 ℃,日变化不超过5 ℃,盐度在20～28,日变化不超过5。

1.4 拟穴青蟹生长指标的测定

养殖周期30 d,对拟穴青蟹进行计数、称重,计算对照组与试验组的存活率(N)、体质量特定生长率(Gw,%/d)、脱壳间隔时间(T,d)。计算公式如下:

(1)

Gw=[(lnmf-lnmo)/t]×100%

(2)

T=t1-t0

(3)

式中:Nt为养殖结束时拟穴青蟹的只数(只);N0为初始拟穴青蟹的只数(只);mf为养殖结束时拟穴青蟹的体质量(g);m0为初始拟穴青蟹的体质量(g);t为试验时长(d);t1为本次脱壳时间(d);t0为上一次脱壳时间(d)。

1.5 水质指标测定

每隔15 d取两种养殖模式的水样,氨氮采用纳氏试剂分光光度法(HJ 535-2009)测定[19],亚硝酸盐氮采用乙二胺偶氮分光光度法(GB/T 11889-1989)测定[20],活性磷酸盐采用萃取-磷钼蓝比色法(GB/T 9727-2007)测定[21],并采用多参数测试仪S400-B测量pH、水银温度计测量水温和Seven2Go便携式溶氧仪测量溶氧[21]。

1.6 拟穴青蟹肌肉营养的测定与分析

试验结束后,各取拟穴青蟹肌肉200 g,用于各种肌肉营养成分的测定。将样品在炭炉上碳化后,在马弗炉中以550 ℃的温度灼烧8 h,测定样品中的灰分含量;将样品用105 ℃烘干失水法测定水分;采用凯式定氮法测定拟穴青蟹肌肉样品中的总氮含量,将测定结果乘以6.25得粗蛋白质含量;样品中的总汞、无机砷、氨基酸含量和脂肪酸组成测定送至福建省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所进行检测。

根据联合国世界卫生组织(WHO)和联合国粮食和农业组织(FAO)在1973年提出的氨基酸评分标准模式和中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所提出的鸡蛋蛋白质评分标准模式,分别按以下公式计算氨基酸评分(A)、化学评分(C)和必需氨基酸指数(E)[22]：

(4)

(5)

(6)

式中:a为待测样品蛋白质氨基酸含量(mg/gN);A(WHO/FAO)为WHO/FAO评分标准模式中同种氨基酸含量(mg/gN);A(egg)为全鸡蛋蛋白质中同种氨基酸含量(mg/gN);n为所比较的必需氨基酸数,w1、w2、w3、…、wi为拟穴青蟹肌肉蛋白质的必需氨基酸含量(%);we1、we2、we3、…、wei为全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量(%)。

1.7 数据分析

数据统计用Excel 2019,以平均值±标准差表示,在SPSS 26.0软件中用t检验分析对试验数据进行显著性差异检验,显著性差异设定为P<0.05。

2 结果

2.1 对养殖存活率和生长性能的影响

经过30 d的养殖,“龙舟”型工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹的存活率为(98.66±0.58)%、体质量特定生长率为(3.43±0.50)%/d,脱壳间隔时间为(20.4±0.25)d,存活率和生长性能显著高于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统(P<0.05)(表1)。

表1 拟穴青蟹工厂化养殖系统对N、Gw和T的影响Tab.1 Effects of industrial culture system on N,Gwand T of Pothole crab

2.2 对养殖水质的影响

经30 d的养殖,采用“龙舟”型工厂化循环水养殖系统的养殖水体中氨氮含量为0.062 5～0.067 1 mg/L,亚硝酸盐含量为0.021 3～0.025 3 mg/L,活性磷酸盐含量为0.031 5～0.034 6 mg/L,溶氧含量为5.48～5.59 mg/L。“龙舟”型工厂化循环水养殖系统对养殖水质的影响较“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统小(表2)。

表2 拟穴青蟹养殖水质检测结果Tab.2 Water quality test results of Pothole crab culture

2.3 对肌肉营养及品质的影响

2.3.1 基础成分

“龙舟”型工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹肌肉粗蛋白质含量为(23.9±3.16)g/100g,显著高于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统(P<0.05),而粗脂肪的含量为(0.3±0.1)g/100 g,显著低于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统(P<0.05);“龙舟”型工厂化循环水养殖系统的拟穴青蟹肌肉水分和灰分的含量与 “蟹公寓”工厂化循环水养殖系统相比,两组间差异不显著(P>0.05)(表3)。

表3 两种养殖模式下的拟穴青蟹肌肉营养成分的比较Tab.3 Comparison of muscle nutrients in two culture models of Pothole crab

2.3.2 氨基酸组分

两种养殖模式下的拟穴青蟹肌肉中,共检测出17种氨基酸,谷氨酸(Glu)含量最高,胱氨酸(Cys)含量最低。“龙舟”型工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹肌肉中鲜味氨基酸(8.05 g/100g)、必需氨基酸(6.92 g/100 g)以及氨基酸总量(20.85 g/100 g)均高于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统(表4)。

表4 两种养殖模式下的拟穴青蟹肌肉中氨基酸组成与含量Tab.4 Composition and content of amino acids in muscle of Green crab under two culture modes

根据蛋白质的氨基酸评分(A)和蛋白质的化学评分(C),“龙舟”型工厂化循环水养殖系统与“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹肌肉中第一、第二限制氨基酸均为缬氨酸或蛋氨酸+胱氨酸。“龙舟”型工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹肌肉必需氨基酸指数(E)为67.35,高于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统(表5)。

表5 两种养殖模式下的拟穴青蟹肌肉中A、C和E评价Tab.5 Evaluation of A,C and E in muscle of Green crab under two culture modes

2.3.3 脂肪酸组分

两种养殖模式下养殖的拟穴青蟹肌肉中共检测出脂肪酸19种,“龙舟”型工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹肌肉中EPA+DHA含量为31.8%、不饱和脂肪酸(UFA)为69.9%和多不饱和脂肪酸(PUFA)为56.5%,均高于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统;但“龙舟”型工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹肌肉中的饱和脂肪酸(SFA)为26.5%和单不饱和脂肪酸(MUFA)为13.4%,均低于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统(图4)。

图4 两种养殖模式下的拟穴青蟹肌肉中脂肪酸组成与含量Fig.4 Fatty acid composition and content in muscle of Green crab under two culture modes

“龙舟”型工厂化循环水养殖系统与“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹肌肉中总汞及无机砷含量均符合小于0.5 mg/kg的标准,符合绿色食品蟹类相关标准要求(NYT 841-2021)[23]。“龙舟”型工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹肌肉中总汞及无机砷含量均显著小于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统(P<0.05)(表7)。

表7 青蟹肌肉重金属检测结果Tab.7 Results of heavy metal detection in muscle of blue crab

3 讨论

3.1 对提高养殖存活率和生长性能及改善水质的分析

优良的水质是水生经济动物赖以生存和发展的重要保证[24]。高明亮[25]通过生物絮团技术调控水质进而提高饲料利用率和提高机体免疫能力的作用,从而提高三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)的存活率与生长性能。文晓峰等[26]研究表明,由于伊乐藻(ElodeacanadensisMichx)改善了水质,减少了病害的发生,进而减少了中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)的死亡率。赵先庭等[27]研究证明龙须菜可处理海水养殖废水无机氮和溶解无机磷,从而净化水质。本试验在“龙舟”型工厂化循环水养殖系统排污效果和换水量较“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统更为完全,且在系统中混养了龙须菜,可通过龙须菜消耗水质中的无机氮和溶解无机磷来减少水体污染,因此养殖水质更好,这也是致使“龙舟”型工厂化循环水养殖系统养殖的拟穴青蟹存活率高、促进摄食和提高生长速度的主要原因。

3.2 对改善拟穴青蟹肌肉营养的影响分析

随着消费者的消费观念由起初的生存需求到健康和安全需求的转变,拟穴青蟹的风味度和安全性并存成了拟穴青蟹产业发展的一大目标[28]。有研究表明,目前通过降低盐度[29]、适度流水[30]等改变养殖环境和饲料营养调控[31-32]可以改善拟穴青蟹的肌肉营养。而本次研究发现,由于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统慢速换水,“龙舟”型工厂化循环水养殖系统在养殖拟穴青蟹时快速换水,增加了拟穴青蟹的运动训练,长时间的运动训练也致使拟穴青蟹肌肉粗蛋白质含量升高,粗脂肪含量减少, E值和EPA+DHA含量显著提高,脂肪酸组成更优质。

Calvi等[33]研究表明,封闭循环水养殖系统中,换水率是影响系统水体重金属含量的因素之一,随系统换水率降低,水体重金属含量呈现上升趋势; “龙舟”型工厂化循环水养殖系统在养殖拟穴青蟹时,换水率显著高于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统,因此肌肉中重金属含量较少。

3.3 “龙舟”型工厂化循环水养殖系统的可行性分析

本试验采用“龙舟”型工厂化循环水养殖系统进行拟穴青蟹养殖时,由于在室内进行,可控性强。同时通过提高换水量、对排泄物的不断冲洗以及龙须菜消耗水质中的无机氮和溶解无机磷减少水质污染[34-36],进而改善青蟹摄食及生活环境、提高青蟹的机体免疫能力。试验结果表明,采用改养殖系统进行拟穴青蟹养殖,养殖存活率(98.66±0.58)%和生长性能[体质量特定生长率(3.43±0.50)%/d、脱壳间隔时间(20.4±0.25)d]显著高于“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统(P<0.05),取得了良好的养殖成效;同时换水时,致使水流对冲,增加了拟穴青蟹的运动训练,使拟穴青蟹肌肉粗蛋白质含量升高,粗脂肪含量减少, E值和EPA+DHA含量显著提高,有效地优化和改善了肌肉营养品质;同时,采用本“龙舟”型工厂化循环水养殖系统进行养殖的拟穴青蟹肌肉中重金属含量符合绿色食品蟹类相关标准要求,因此可以放心食用;由于规范性养殖以及严格控制排出的养殖污水,本模式对环境污染小。因此,采用拟穴青蟹“龙舟”型工厂化循环水养殖系统进行拟穴青蟹的养殖可实现高效、高产、可持续的工厂化养殖,养殖模式可行性高。

4 结论

采用“龙舟”型工厂化循环水养殖系统进行拟穴青蟹养殖,与“蟹公寓”工厂化循环水养殖系统相比,养殖存活率和生长速度均有显著提高(P<0.05);养殖的肌肉中粗蛋白含量较高、水分和粗脂肪含量较低,必需氨基酸含量和鲜味氨基酸含量更高,脂肪酸组成更均衡,重金属含量更低,具有改善肌肉品质的作用;同时养殖水体中氨氮、亚硝酸盐氮和活性磷酸盐分别减少了0.025 6 mg/L、0.006 2 mg/L和 0.019 6 mg/L,可有效改善养殖水质。采用“龙舟”型工厂化循环水养殖系统进行拟穴青蟹养殖具有良好的养殖成效,可为构建拟穴青蟹工厂化养殖体系提供理论和实践依据。